NL8304121A

NL8304121A - LEVEL METER OF THE CAPACITIVE TYPE.

Info

Publication number: NL8304121A
Application number: NL8304121A
Authority: NL
Original assignee: Richard Mulder
Priority date: 1983-12-01
Filing date: 1983-12-01
Publication date: 1985-07-01
Also published as: US4780663A; US4674329A

Description

* p & c * ·»* p & c * · »

N 6127-1 Ned.M/LdBN 6127-1 Dutch M / LdB

Korte aanduiding: Niveaumeter van het capacitieve type.Short designation: Level meter of the capacitive type.

De uitvinding heeft betrekking op een niveaumeter vein het capacitieve type voor het meten van het vloeistofpeil in een vat of 5 stroombuis langs capacitieve weg, waartoe een meetelectrode (M) - en referentie- -electrode (R) in het vat o.d. zijn aangebracht, die samenwerken met een wand of deel daarvan, die als tegenelectrode fungeert ter vorming van capaciteiten CM en CR met de meetvloeistof in het vat o.d. als diëlectricum, waarbij het quotient CM/CR recht evenredig is met de vloeistofhoogte.The invention relates to a level meter of the capacitive type for measuring the liquid level in a vessel or flow tube by capacitive means, for which purpose a measuring electrode (M) and reference electrode (R) in the vessel or the like. are provided which cooperate with a wall or part thereof, which functions as a counter-electrode to form capacities CM and CR with the measuring liquid in the vessel or the like. as a dielectric, where the quotient CM / CR is directly proportional to the liquid height.

10 Dergelijke meters vinden toepassing in vloeistofvaten, tanks(zoals olietanks vein benzinestations),e.d. houders, waarbij de meter niet alleen het vloeistofpeil meet, maar ook een eventuele afwijking van de samenstelling van de vloeistof zou moeten kunnen signaleren. Daarnaast zouden dergelijke meters ook gebruikt kunnen worden voor het controleren van de 15 waterstanden in rievieren en dergelijke.Such meters are used in liquid vessels, tanks (such as oil tanks in petrol stations), etc. containers, in which the meter not only measures the liquid level, but should also be able to detect any deviation from the composition of the liquid. In addition, such meters could also be used for checking the water levels in rivers and the like.

Tot dusverre kon men de niveaumeters in drie categoriëën verdelen: I, De capacitieve niveaumeter met één enkele electrode(standaardmeter) II, De capacitieve niveaumeter met referentie-electrode(referentiemeter) III .Drieklemsmethode met in delen verdeelde hulpelectrode.Up to now, the level meters could be divided into three categories: I, The capacitive level meter with a single electrode (standard meter) II, The capacitive level meter with reference electrode (reference meter) III. Three-terminal method with divided auxiliary electrode.

20 Ad.I. De meter van de eerste categorie.20 Ad.I. The meter of the first category.

Hierbij is een staafvormige meetelectrode in het hart van het vat o.d. opgesteld, omdat deze samenwerkt met de wand van: het vat als tegenelectrode.Here, a rod-shaped measuring electrode in the center of the vessel, etc. because it interacts with the wall of the vessel as a counterelectrode.

De aldus gevormde condensator is van het cilindrische type en voor de capaciteit ervan geldt de formuleThe capacitor thus formed is of the cylindrical type and its capacity is subject to the formula

25 £ . 2 KL£ 25. 2 KL

C = —- (pF) ln D/d waarin £r= de diëlectrische konstante van de vloeistof L = de lengte waarover de staaf electrode in de vloeistof reikt.C = - (pF) ln D / d where r = the dielectric constant of the liquid L = the length over which the rod electrode extends into the liquid.

2q D = de afstand van de staaf electrode tot de wand.2q D = the distance from the rod electrode to the wall.

d = de diameter van de staafelectrode De geemten capaciteit is evenredig met L en aldus een maat voor de vloeistofhoogte. Gelet op de grote afstand van het hart van het vat naar de wand van het vat, is de gevoeligheid van de meter niet groot.d = the diameter of the rod electrode. The capacitance is proportional to L and thus a measure of the liquid height. Given the great distance from the center of the vessel to the vessel wall, the sensitivity of the meter is not great.

22 Een ander nadeel is dat de electrode niet tot de bodem van het vat reikt, en dus is de L niet geheel het zelfde als de hoogte H. Er zijn nog een aantal andere factoren, die een nadelige invloed op de meting uitoefenen, zodat de uiteindelijke te verkrijgen nauwkeurigheid niet beter is dan ±2%.Another disadvantage is that the electrode does not reach the bottom of the vessel, so the L is not quite the same as the height H. There are a number of other factors that have an adverse effect on the measurement, so that the final accuracy to be obtained is not better than ± 2%.

Dit is echter in veel gevallen ruim voldoende.However, in many cases this is more than sufficient.

4Q Door overigens de meetelectrode in een meetbuis te plaatsen, 8304121 i i s - 2 - wordt de gevoeligheid van de meting aanzienlijk verbeterd.4Q By placing the measuring electrode in a measuring tube, 8304121 i i s - 2 - the sensitivity of the measurement is considerably improved.

Deze meetbuis doet dan dienst als tegenelectrode in de condensator.This measuring tube then serves as a counter electrode in the capacitor.

Ad. II. De meter van de tweede categorie.Ad. II. The meter of the second category.

5 Hierbij is in het verlengde van de centrale meetelectrode (M) aan de onderzijde ervan een referentie-electrode (R) opgesteld die ten opzichte van de and van het vat of van de meetbuis een capaciteit C„ of C„ vormen. Het quotient van deze capaci-In line with the central measuring electrode (M), a reference electrode (R) is arranged at the bottom thereof, which forms a capacitance C 'or C' relative to the other of the vessel or the measuring tube. The quotient of this capacity

M RM R

teiten levert een signaal, dat evenredig is met de vloeistof-10 hoogte, omdat de capaciteit van de referentie-electrode, als eenmaal de vloeistof in het vat o.d. tot voorbij de referentie-electrode gestegen is, constant is..Echter als de samenstelling van de vloeistof (bijvoorbeeld olie) ter hoogte van de referentie-electrode afwijkt van de vloeistof ter plaatse van 15 de meetelectrode, heeft dat wel invloed op de meting van het quotientsignaal. Het is evenwel niet eenvoudig voor dit soort miswijzigingen een correctie in rekening te brengen.provides a signal proportional to the liquid height because the capacitance of the reference electrode once the liquid is in the vessel or the like. until the reference electrode has risen, is constant. However, if the composition of the liquid (eg oil) at the reference electrode differs from the liquid at the location of the measuring electrode, this does influence the measurement of the quota signal. However, it is not easy to make allowances for such errors.

Vooral als zich nabij de referentie-electrode water verzamelt, wordt als gevolg van het feit dat de diëlectrische constante 20 van water 80 maal zo groot als die van lucht, de meting duidelijk en in zeer sterke mate verstoord, zonder dat nochtans precies bekend is hoe deze fout te corrigeren.Especially when water collects near the reference electrode, due to the fact that the dielectric constant 20 of water is 80 times that of air, the measurement becomes clearly and very strongly disturbed, without it being known exactly how correct this error.

Ad'. ΤΤΓ. DrieklemsmethodeAd '. ΤΤΓ. Three-clamp method

Hierbij is de hulpelectrode opgebouwd uit een aantal deelelec-25 troden boven elkaar, die over zekere afstand van elkaar gescheiden zijn.The auxiliary electrode is composed of a number of partial electrodes one above the other, which are separated by a certain distance.

Als er een deelelectrode .ergens op de electrode gedeeltelijk bedekt is met een vloeistof dan wordt dit deel gemeten over 0 tot 100 % van de schaal.If a part electrode anywhere on the electrode is partially covered with a liquid, this part is measured over 0 to 100% of the scale.

30 Het voorgaande electrodedeel bevindt zich dan geheel in de vloeistof en doet dan dienst als referentie voor veranderingen in de vloeistof.The preceding electrode part is then completely in the liquid and then serves as a reference for changes in the liquid.

Het deel boven het meetgedeelte bevindt zich dan geheel in de gasfase; dit gedeelte doet dan dienst als referentie voor 35 veranderingen in de gaskap.The part above the measuring section is then entirely in the gas phase; this section then serves as a reference for 35 changes in the gas cap.

Alle bedekte electrodedelen worden in een geheugen verwerkt . waardoor het niveau vrij nauwkeurig· gemeten wordt.All covered electrode parts are processed in a memory. so the level is measured fairly accurately.

De wijze waarop "gereiereerd" wordt, maakt de meter geschikt 8304121The method of "cleaning" makes the meter suitable 8304121

VV

- 3 - J i voor kleine niveaus, nl. overeenkomend met de hoogte van elke deelelectrode, die dan met behulp van een geheugen gesommeerd worden tot de totale hoogte.- 3 - J i for small levels, ie corresponding to the height of each partial electrode, which are then summed with the aid of a memory to the total height.

IV. Capacitieve niveaumeting met automatische compen-5 satie.IV. Capacitive level measurement with automatic compensation.

andaar dat bij de niveaumeter volgens de uitvinding de refe-rentie-electrode (R) is vervangen door een compensatieelectro-de (C) .therefore, in the level meter according to the invention, the reference electrode (R) has been replaced by a compensation electrode (C).

Deze vloeistofmeter onderscheidt zich dan ook door het feit 10 dat de referentie-electrode is uitgevoerd als een compensatie-electrode, die over de zelfde lengte als de meetelectrode daaraan evenwijdig is opgesteld, waarbij de vorm van de meet- en van de compensatie-electrode zodanig verschillend is dat het resultaat van de deling van de capaciteiten CM en C 15 een lineair verband met de vloeistofhoogte aangeeft of een verband van hogere orde.This liquid meter is therefore distinguished by the fact that the reference electrode is designed as a compensation electrode, which is arranged parallel to it over the same length as the measuring electrode, the shape of the measuring and the compensation electrode being different is that the result of the division of capacities CM and C15 indicates a linear relationship with the liquid height or a relationship of higher order.

Door deze uitvoering "ziet" de compensatie-electrode op elk niveau de zelfde vloeistofsamenstelling, die de meetelectrode "ziet". Er kunnen zich dus niet meer verschillen 20 in de vloeistofsamenstelling voordoen, die de ene electrode niet ziet en de andere wel. Daardoor wordt een vorm van automatische compensatie verkregen. Deze automatische compensatie is te danken aan het feit, dat de compensatie-electrode - in tegenstelling tot de referentie-electrode - de zelfde 25 lengte heeft als de meetelectrode. De bijbehorende electronica kan vergelenen worden met de electronica van het referentiesysteem, maar het heeft meer mogelijkheden.By this arrangement, the compensation electrode "sees" at each level the same fluid composition that the "measurement" electrode "sees". Thus, there can no longer be differences in the liquid composition which one electrode cannot see and the other can. This provides a form of automatic compensation. This automatic compensation is due to the fact that the compensation electrode - in contrast to the reference electrode - has the same length as the measuring electrode. The associated electronics can be compared to the electronics of the reference system, but it has more possibilities.

In een praktische uitvoeiringsvorm wordt de compensatie-electrode naast de meetelectrode geplaatst en deze 30 beide electroden op één en de zelfde staaf aangebracht ("sandwich"-idee). De compensatie-electrode is in de eenvoudigste vorm een recht gedimensioneerd element, aangebracht op een kunststof ondergrond.In a practical embodiment, the compensation electrode is placed next to the measuring electrode and these two electrodes are applied to one and the same rod ("sandwich" idea). In its simplest form, the compensation electrode is a straight-dimensioned element, mounted on a plastic substrate.

35 830412135 8304121

» V»V

- 4 -- 4 -

Aan de andere zijde bevindt zich dan de meetelectrode.. Dit als "sandwich" uitgevoerd geheel is geplaatst in een 5 vierkante meetbuis, die de tegenelectrode vormt zowel voor de compensatie- als de meetelectrode..On the other side is the measuring electrode .. This, as a "sandwich", is entirely placed in a 5 square measuring tube, which forms the counter electrode for both the compensation and the measuring electrode ..

Aangezien de ccmpensatie-electrode recht is en is opgesteld evenwijdig aan een paar tegenover elkaar gelegen rechte wanden van de meetbuis, wordt hiertussen een capaciteit gemeten, die recht evenredig 10 is met de vloeistofhoogte, zoals dit ook in de betrekking (1) het geval is, nl.Since the compensation electrode is straight and is arranged parallel to a pair of opposite straight walls of the measuring tube, a capacity is measured between them, which is directly proportional to the liquid height, as is also the case in relation (1). , NL.

CC - £r -f- '*F> (2, 15 waarin: £ = relatieve diëlektrische constante van de vloeistof r A = oppervlak ondergedompelde electrode s = afstand electrode tot meetbuis Aangezien A h.B en B = breedte van de platenreen constante is, is cc :: h 20 Het gemeten signaal van de compensatiecapaciteit is dus te vergelijken met het uitgangssignaal van de standaard-electrode (categorie I) .CC - £ r -f- '* F> (2, 15 where: £ = relative dielectric constant of the liquid r A = surface immersed electrode s = distance electrode to measuring tube Since A is hB and B = width of the plate mesh constant, is cc :: h 20 The measured signal of the compensation capacitance can therefore be compared with the output signal of the standard electrode (category I).

Anderzijds kam de compensatie-electrode ook half-cilindrisch uitgevoerd zijn, en opgesteld zijn evenwijdig aan een ronde meetbuis.On the other hand, the compensation electrode may also have a semi-cylindrical design and be arranged parallel to a round measuring tube.

25 De capaciteit van de gevormde condensator c_ vddset dan aan de betrekking (I). en is dus ook weer 1 L = t’. h.The capacitance of the formed capacitor c_ vddset then to the relationship (I). and is therefore also 1 L = t ". h.

Bovenstaande overwegingen gelden eveneens voor een condensator . gevormd tussen de’ .meetelectrode en de samenwerkende wand van een vierkante of ronde meetbuis.The above considerations also apply to a capacitor. formed between the measuring electrode and the co-operating wall of a square or round measuring tube.

30 Het delings-resultaat van Cfl ‘ en zou dan niet langer even redig zijn met de vloeistofhoogte, terwijl zij het individueel allebei wel zijn.30 The dividing result of Cfl "and would then no longer be equal to the liquid height, even though they are both individually.

De uitvinding berust nu op het inzicht, dat er tussen beide electroden een verschil in vorm moet bestaan, omdat bij gelijke vorm 35 het delingsresultaat geen functie is van de vloeistofhoogte.The invention now rests on the insight that there must be a difference in shape between the two electrodes, because with the same shape the division result is not a function of the liquid height.

Om die reden heeft de niveaumeter volgens de uitvinding tot verder kenmerk, dat de condensatieelectrode de vorm heeft van een rechthoek en de· meetelectrode die van een rechthoekige driehoek. Deze "wiskundige" vormen zijn zowel realiseerbaar bij vlakke platen als bij 40 cilindrische platen. Aldus wordt een continue aflezing verkregen,van de 8304121 J « - 5 - vloeistofhooge, hetgeen met bestaande vloeistofpeilmeters tot dusverre niet mogelijk is gebleken. Het .meetsysteem volgens de uitvinding is zo gevoelig, dat de meter - na ijking -ook als volumemeter kan dienst doen.For this reason, the level meter according to the invention is further characterized in that the condensation electrode has the shape of a rectangle and the measuring electrode that of a rectangular triangle. These "mathematical" shapes can be realized with flat plates as well as with 40 cylindrical plates. Thus, a continuous reading of the 8304121 J-5 liquid height is obtained, which has hitherto not been possible with existing liquid level gauges. The measuring system according to the invention is so sensitive that, after calibration, the meter can also serve as a volume meter.

5 In principe kan de vormafwijking tussen de meetelectrode en de compensatieelectrode willekeurig zijn, mits het resultaat van de deling van de beide capaciteiten niet een constante oplevert, maar een bij toenemende hoogte continu toenemende waarde. Door bovenstaande maatregel leidt dat 10 tot een lineair verband, ofschoon een ander continu verband ook bruikbaar is.In principle, the shape deviation between the measuring electrode and the compensation electrode can be arbitrary, provided that the result of the division of the two capacities does not yield a constant, but a continuously increasing value with increasing height. As a result of the above measure, this leads to a linear relationship, although another continuous relationship can also be used.

Ditzelfde lineaire verband verkrijgt men, indien de compensatieelectrode de vorm heeft van een rechthoekige driehoek en de meetelectrode die van een parabool.The same linear relationship is obtained if the compensation electrode has the shape of a right triangle and the measuring electrode that of a parabola.

15 Het nieuwe systeem is zowel geschikt om grote hoogte verschillen over vele tientallen meters te meten, zoals in grote opslagtanks, of kleine hoogteverschillen van enige centimeters. In het laatste geval en als de horizontale afmeting van het vloeistofbassin dit toestaat, verdient 20 een meter de voorkeur, die in vertikale richting geringere en in horizontale richting grotere afmetingen heeft. Men gebruikt dan een meter, welke tot kenmerk heeft, dat het wiskundige verband, dat door de vorm van de compensatieelectrode, resp. de meetelectrode tot uitdrukking is gebracht, voor elk 25 der beide electroden ook hogere orden omvat met steeds tussen beide electroden een ordeverschil van één, bijvoorbeeld in een nog relatief eenvoudige vorm de driehoek met de parabool.15 The new system is suitable for measuring high height differences over many tens of meters, such as in large storage tanks, or small height differences of a few centimeters. In the latter case and if the horizontal size of the liquid basin allows this, a meter is preferred, which has smaller vertical dimensions and larger horizontal dimensions. A meter is then used, which is characterized in that the mathematical relationship, which is determined by the shape of the compensation electrode, resp. the measuring electrode is expressed, for each of the two electrodes there are also higher orders with an order difference of one between the two electrodes, for instance in a still relatively simple form the triangle with the parabola.

Ook nu is het resultaat lineair.Even now the result is linear.

30 Wenst men een ander dan lineair verband, bijvoorbeeld quadratisch, dan verdient een meter aanbeveling, die gekenmerkt wordt, doordat de vorm van de compensatie- en meetelectrode zodanig is, dat het resultaat van de deling van de beide capaciteiten een verband aangeeft van de tweede 35 orde. Bij voorkeur zijn de meet- en de compens.atieelectrode ter weerszijden van ëên en dezelfde isolerende drager aangebracht.If a non-linear relationship, for example quadratic, is desired, a meter is recommended, characterized in that the shape of the compensation and measuring electrode is such that the result of the division of the two capacities indicates a relationship of the second 35 order. The measuring and the compensation electrode are preferably arranged on either side of one and the same insulating carrier.

Andere toepassingen van de onderhavige capasitieve niveaumeter betreffen : 8304121Other applications of the present capasitive level meter include: 8304121

* V* V

- 6 - A. Interface meting- 6 - A. Interface measurement

Dit onderwerp omvat de volgende deel-onderwerpen : 1. De nauwkeurigheid resp, gevoeligheid van de meting bij V if , een normaal oliewatermengsel; 5 2. Gebruik van de driehoek bij een "omgekeerd" twee vloeistof-lagen-stelsel; 3. Gebruik van de driehoek bij een drie vloeistoflagenstelsel· B. Vormgeving van de driehoek 10 Dit onderwerp omvat twee deel-onderwerpen: 1. Draaduitvoering; 2. Samenwerking met geaarde draad; A. Interface meting.This topic includes the following sub-topics: 1. The accuracy or sensitivity of the measurement at V if, a normal oil-water mixture; 2. Use of the triangle in an "inverted" two fluid-layer system; 3. Use of the triangle with a three-fluid layer system · B. Design of the triangle 10 This topic consists of two sub-topics: 1. Wire version; 2. Cooperation with grounded wire; A. Interface measurement.

1. De gevoeligheid van de meting.1. The sensitivity of the measurement.

15 De vloeistofmeter is praktisch voor elke vloeistof ge schikt. Maar een bijzonder toepassingsgebied is voor de onderhavige meter weggelegd bij het meten van het vloeistofpeil van koolwaterstoffen (olie of benzine) in voorraadhouders.15 The liquid meter is suitable for practically any liquid. However, the meter in question has a special field of application when measuring the liquid level of hydrocarbons (oil or petrol) in storage containers.

Als deze vloeistoffen als crude oil nog maar juist de bron 20 verlaten hebben» bevatten zij een zeker percentage water. In de formule voor de capaciteit» die een maat is voor het vloei-stofpeil in de voorraadhouder, speelt een belangrijke rol. Deze bedraagt voor olie 2, maar voor het in geringe hoeveelheden in de olie aanwezige water, is * 80. Als nu maar 25 het water homogeen in de olie verdeeld was, dan was er niets aan de hand, want de gemiddelde £r zou slechts een fractie groter zijn dan £r van olie. De problemen ontstaan echter, omdat het water niet "opgelost" is in de olie, maar op onregelmatige wijze tussen de olie verspreid is.If these liquids have just left source 20 as crude oil »they contain a certain percentage of water. The formula for capacity », which is a measure of the liquid level in the storage container, plays an important role. For oil this is 2, but for the water present in the oil in small amounts, it is * 80. If only 25 the water was distributed homogeneously in the oil, then there was no problem, because the average £ r would only a fraction greater than £ r of oil. However, the problems arise because the water is not "dissolved" in the oil, but is distributed irregularly between the oil.

30 Als de gevoeligheid van de meter is afgesteld op olie, want dat is immers hier de nuttige vloeistof terwijl het water het ongewenste bestanddeel van het mengsel is, en er komt plotseling water in het gebied, dat als dielectricum voor de condensator fungeert, dan zal de meter dat niet kunnen 35 verwerken, overstuurd raken en geen enkele meting van het olievloeistofpeil kunnen verrichten, zolang dat water in de buurt is.30 If the sensitivity of the meter is set to oil, since this is the useful fluid here, while the water is the unwanted component of the mixture, and water suddenly enters the area, which acts as the dielectric for the capacitor, the meter will not be able to process it, become overloaded and cannot take any measurements of the oil fluid level as long as that water is nearby.

Men heeft wel getracht deze storende aanwezigheid van water te neutraliseren door de langs de meter stromende 8304121 4 i - 7 - vloeistof, die nu eens wel dan weer niet water bevat, met behulp van een roerwerktuig te homogeniseren, maar deze methode is onpraktisch omdat men liever olie en water gescheiden houdt.Attempts have been made to neutralize this disturbing presence of water by homogenizing the 8304121 4 i - 7 liquid flowing past the meter, which may or may not contain water, using a stirrer, but this method is impractical because prefer to keep oil and water separate.

5 Met behulp van de meter volgens de uitvinding is het wel mogelijk, ondanks de aanwezigheid van water in de crude oil, het vloeistofpeil te meten met redelijke nauwkeurigheid over de gehele "vate-hoogte, zonder homogenisatie.With the aid of the meter according to the invention it is possible, despite the presence of water in the crude oil, to measure the liquid level with reasonable accuracy over the entire vessel height, without homogenization.

Een voorbeeld ter toelichting.An example for explanation.

10 a) van de bestaande toestand;10 a) of the existing situation;

De signalen (meetcondensator) en E^ (referentie-condensator) gaan naar versterkers, die afgesteld zijn voor het meten van koolwaterstoffen met een gemiddelde £^ van circa 2 met mogelijke variaties in ξ van bijv. 2,0 tot 15 2,5 in droge toestand.The signals (measuring capacitor) and E ^ (reference capacitor) go to amplifiers tuned to measure hydrocarbons with an average £ ^ of approximately 2 with possible variations in ξ of eg 2.0 to 15 2.5 in dry state.

Meet men een waterlaag onder het koolwaterstofniveau .dan zal de versterker snel vol uitgestuurd worden, aangezien £r water * 80, welke grootheid in de capaciteitsformule een vermenigvuldigingsfactor is, zodat verdere stijgingen van 20 het vloeistofniveau door de meter niet "opgemerkt" worden.If one measures a layer of water below the hydrocarbon level, the amplifier will be quickly full-loaded, since £ r water * 80, which quantity in the capacity formula is a multiplication factor, so that further increases in the liquid level by the meter are not "noticed".

b) van de verbeterde toestand ib) of the improved condition i

De versterker wordt uitgestuurd tot bijv. 50% van de schaalwaarde-bij volle tank, gevuld met een vloeistof, waarvan * 2, zodat voor vloeistoffen met een £r» die varieert 25 tussen 1,5 en 2,5 de versterker wordt uitgestuurd van 0-100%. De rest van de schaaluitslag kan worden gebruikt voor variaties in F (tot 2,5) en voor verdere stijgingen r van het vloeistofniveau.The amplifier is output to eg 50% of the scale value - at full tank, filled with a liquid, of which * 2, so that for liquids with a £ r »varying between 1.5 and 2.5 the amplifier is output from 0-100%. The rest of the scale can be used for variations in F (up to 2.5) and for further increases in liquid level.

83041218304121

v Vv V

- 8 - 2.Invloed waterpercentage op de meting- 8 - 2. Influence of water percentage on the measurement

Zolang de olie "droog" is, kan de versterker “ op grond van de verrichte instellingen - nooit overstuurd worden. In normale gevallen ligt de nrveauaanwijzing bij een 5 tank vol olie met £^ * 2 bij 50% van de schaal, en als die olie een 2,4 heeft, bij 60% van de schaal. Juist wegens fluctuaties in de van olie, zorgt men ervoor enige ruimte in de schaaluitslag in reserve te hebben. Indien echter de olie met geringe hoeveelheden water gemengd is, 10 dus als de olie "nat" is, zal de uitgang van de versterker toenemen tot boven 100%; de versterker raakt nu overstuurd.As long as the oil is "dry", the amplifier can never be overdriven due to the settings made. Normally, the level indication for a 5 tank full of oil with £ ^ 2 is at 50% of the scale, and if that oil has a 2.4, at 60% of the scale. Precisely because of fluctuations in the oil, care is taken to have some space in the scale. However, if the oil is mixed with small amounts of water, ie if the oil is "wet", the amplifier output will increase to above 100%; the amplifier is now overloaded.

Een schakeling zorgt er nu voor dat bij 100% een nieuwe "leeg"-capaciteit (C^), maar thans op een hoger meetbereik, wordt ingesteld zodanig dat de versterker weer voor 50% 15 wordt uitgestuurd bij een £ „variatie van 2,5 naar 3. Deze overschakeling wordt door het oplichten van een LED visueel aangegeven.A circuit now ensures that at 100% a new "empty" capacitance (C ^), but now at a higher measuring range, is set such that the amplifier is again 50% output with a variation of 2, 5 to 3. This switch is visually indicated by the illumination of an LED.

Komt de versterker nu weer boven 100% (door een nieuw laagje water, of nog steeds de "oude" laag) dan zal 20 het schakelen doorgaan tot een gebied gevonden wordt, waarbij de uitgang van de versterker kan opereren tussen 50 en 100%.If the amplifier now rises above 100% (due to a new layer of water, or still the "old" layer), switching will continue until an area is found, whereby the output of the amplifier can operate between 50 and 100%.

Telkens wanneer de dikte van de waterlaag, die zich in de olie tussen de electroden bevindt, een bepaalde drempelwaarde overschrijdt, waarbij de uitgang van de versterker 25 voor meer dan 100% uitgestuurd, dus overstuurd wordt, vindt deze overschakeling naar een hoger meetbereik plaats, bijvoorbeeld bij elke 2,5 cm dikte van de waterlaag. Aan het aantal brandende LED's ziet men dan, hoe vaak die overschakeling heeft plaatsgevonden en hoe dik de totale water-30 laag tussen de electroden is.Whenever the thickness of the water layer, which is in the oil between the electrodes, exceeds a certain threshold value, whereby the output of the amplifier 25 is more than 100% driven, that is to say, this switching takes place to a higher measuring range, for example at every 2.5 cm thickness of the water layer. The number of lit LEDs shows how often this switch has taken place and how thick the total water layer between the electrodes is.

Uiteindelijk kunnen er dus in het resultaat van de gemeten vloeistofhoogte twee onnauwkeurigheden zitten, die veroorzaakt worden : a) doordat de olievloeistof, waarvoor men van een waarde £^ 35 2,0 is uitgegaan, een component bevat met een hogere £^-waarde van bijvoorbeeld 2,4; b) doordat het water als geheel nog niet de laagdikte heeft bereikt, waarbij op een hoger meetbereik wordt overgeschakeld.In the end, therefore, there may be two inaccuracies in the result of the measured liquid height, which are caused: a) by the fact that the oil liquid, for which the value £ ^ 35 2.0 is assumed, contains a component with a higher £ ^ value of for example 2.4; b) because the water as a whole has not yet reached the layer thickness, thereby switching to a higher measuring range.

Dit geldt ook, wanneer het overschakelen al één of meer malen «k ..............This also applies if the switch has already been made one or more times «k ..............

8304121 4 * - 9 - heeft plaatsgevonden, voor het eventuele dan nog resterende water.8304121 4 * - 9 - has taken place, for any remaining water.

Deze afwijkingen blijven echter geheel binnen de nauwkeurigheidsnormen, die men bij het ijkwezen aan dit 5 soort meters stelt. De onnauwkeurigheden zijn dus vrijwel verwaarloosbaar, zodat met recht gesteld kan worden, dat dankzij de maatregelen volgens de uitvinding, namelijk : het uitsturen van de meetversterker tot 50%, het overschakelen naar een hoger meetbereik en het signaleren van elke 10 overgang met bijvoorbeeld LED-indicatie (of een teller), de niveaumeting zelve door het aanwezig gijn van deze "storende" componenten niet wezenlijk beïnvloed is.These deviations, however, remain entirely within the accuracy standards that are set for this type of meter in calibration. The inaccuracies are therefore almost negligible, so that it can be rightly stated that thanks to the measures according to the invention, namely: sending the signal conditioning instrument up to 50%, switching to a higher measuring range and signaling every 10 transition with, for example, LED indication (or a counter), the level measurement itself is not substantially influenced by the presence of these "disturbing" components.

Als de meetversterker omschakelt, zal de referentie-versterker proportioneel mee veranderen, zodat de verhouding 15 tussen de beide capaciteiten (C^ en CR)gelijk blijft.When the signal conditioning instrument switches, the reference amplifier will change proportionally, so that the ratio between the two capacities (C ^ and CR) remains the same.

Ook hierdoor wordt dus de niveaumeting niet veranderd.This also means that the level measurement is not changed.

De digitale waterdikteaanwijzing door LED's (of teller) kan vervangen worden door een analogon aanwijzing.The digital water thickness indication by LEDs (or counter) can be replaced by an analog indication.

3. Gebruikten de driehoek bij "omgekeerd vloeistofstelsel" 20 a) In het voorgaande is steeds gesproken over een rechte een electrode voor hetreferentiesignaal en/schuine electrode ("driehoek"genaamd) met het smalste deel onderaan voer het meetsignaal, wanneer men te maken heeft met een "normaal" olie-water-stelsel, waarbij het water in de minderheid 25 verkeert. Dan is de olie dus de nuttige vloeistof, die men meten wil. Dankzij de hiervoor genoemde maatregel wordt het water a.h.w. "geëlimineerd", zodat er steeds een half schaalbereik overblijft voor het regelen van de nuttige vloeistof (olie) voor het geval dat er olie met een hogere 30 ü^-waarde in de vloeistof zit. In dit geval staat de driehoek "juist" opgesteld. Om te beoordelen of de driehoek "goed" of "verkeerd" is opgesteld, moet men letten op de "interface-lijn, d.w.z. de grenslijn tussen twee vloeistoffen.3. Used the triangle in "inverted fluid system" 20 a) In the foregoing it has always been talked about a straight electrode for the reference signal and / oblique electrode (called "triangle") with the narrowest part at the bottom of the measuring signal, when dealing with with a "normal" oil-water system, the water being in the minority. Then the oil is the useful liquid that you want to measure. Thanks to the aforementioned measure, the water is "eliminated", so that a half-scale range always remains for controlling the useful liquid (oil) in case there is oil with a higher 30 µl value in the liquid. In this case, the triangle is "right". In order to judge whether the triangle is "right" or "wrong", pay attention to the "interface line, i.e. the boundary line between two liquids.

In het "normale" geval is de onderliggende vloeistof bijvoor-35 beeld water (£ = 80) en de bovenliggende, lichtere vloeistof bijvoorbeeld olie (£r = ca. 2).In the "normal" case, the underlying liquid is, for example, water (£ = 80) and the overlying, lighter liquid is, for example, oil (£ r = about 2).

Is het vat (bijna) vol met olie, dan bevindt de "interf ace "zich bijna onderaan.])e verhouding $er met water bevochtigde oppervlakken bedraagt dan 0^:0^= lïlj.If the vessel is (almost) full of oil, the "interf ace" is almost at the bottom.]) The ratio of the surfaces wetted with water is then 0 ^: 0 ^ = 11.

8304121 » \ - 10 -8304121 »\ - 10 -

Is het vat (bijna) geheel met water gevuld, dan bevindt de "interface" zich (bijna) bovenaan. De verhouding der met water bevochtigde oppervlakken bedraagt nu Oj i02- 1:5½.When the vessel is (almost) completely filled with water, the "interface" is (almost) at the top. The ratio of the surfaces wetted with water is now 0.12-1: 5½.

5 Tussen deze verhoudingsgrenzen (minimum 1 en maximum 6 wanneer de hypotenusa van de driehoek 45° met de vertikaal maakt) moet de "interface" gemeten kunnen worden. Het is duidelijk, dat "interfacemeting" weer een andere instelling van de uitsturing van de versterker vraagt, terwijl daarnaast 10 altijd rekening gehouden moet worden met fluctuaties in de van de olie.5 Between these ratio limits (minimum 1 and maximum 6 when the hypotenuse of the triangle makes 45 ° with the vertical) the "interface" must be measurable. It is clear that "interface measurement" requires yet another setting of the amplifier output, while in addition, fluctuations in the oil must always be taken into account.

b) In het "omgekeerde" geval bevindt zich onder in de tank een zware olielaag, bijvoorbeeld ECH (ethylchloroheptaan, Y* 4 a 5, £r = 2,4). Daarop drijft het lichtere water.b) In the "reverse" case there is a heavy oil layer at the bottom of the tank, for example ECH (ethyl chloroheptane, Y * 4 a 5, £ r = 2.4). The lighter water floats on it.

15 Is het vat ( bijna) helemaal met de zware olie gevuld, dan zit de "interface" (bijna) bovenaan en is de verhouding van de oppervlakken O :1.15 When the vessel is (almost) completely filled with the heavy oil, the "interface" is (almost) at the top and the ratio of the surfaces is O: 1.

In het geval dat het vat (bijna) helemaal met water gevuld is, zit de "interface" (bijna) onderaan en is de 20· oppervlakteverhouding OjiOj^liöi.In case the vessel is (almost) completely filled with water, the "interface" is (almost) at the bottom and the 20 · area ratio is OjiOj ^ liöi.

Het zal duidelijk zijn, dat in dit geval de meter "omgekeerd" werkt. De meter meet met toenemende hoeveelheid water een dalende oppervlakteverhouding, namelijk van 1:11 (max) naar 1:6 (min). Op de schaal zou men moeten aflezen 25 van 100% naar 0%. Om deze "onlogische" situatie uit te sluiten wordt, wanneer men de "interface" in een "omgekeerd" vloeistofstelsel aantreft oók de driehoek omgekeerd. Men vindt dus, wanneer het vat (bijna) volledig met olie gevuld is, de "interface" (bijna) bovenaan en voor het oppervlakte-30 verhouding 0j:02 * l:lj.It will be clear that in this case the meter works "in reverse". The meter measures a decreasing surface ratio with increasing amount of water, namely from 1:11 (max) to 1: 6 (min). On the scale one should read 25 from 100% to 0%. To exclude this "illogical" situation, when the "interface" is found in an "inverted" fluid system, the triangle is also reversed. Thus, when the vessel is (almost) completely filled with oil, one finds the "interface" (almost) at the top and for the surface-ratio 0j: 02 * 1: lj.

In het geval, dat het vat (bijna) geheel gevuld is met water, bevindt de "interface" zich (bijna) onderaan en is de oppervlakteverhouding bij toenemende waterhoeveelheid tot aan het maximum, 1: 5^· 35 Door deze "omkering" van de driehoek is men in staat bij stijgende hoeveelheid water in het vat te meten tussen oppervlakteverhoudingen van 1. tot 11.In case the vessel is (almost) completely filled with water, the "interface" is (almost) at the bottom and the surface ratio with increasing water quantity up to the maximum, is 1: 5 ^ · 35 By this "reversal" of the triangle is able to measure between surface ratios from 1. to 11 with increasing amount of water in the vessel.

4. Prie vloeistoflagen-stelsel4. Premium liquid layer system

Als de samenstelling van de vloeistoffen in het vat 8304121 » . .......................As the composition of the liquids in the barrel 8304121 ». .......................

/ · - 11 - zodanig is, dat de zware olie onderin zit, water daarboven en op het water een lichte' olielaag drijft, dan kan men de twee "interfaces" in de gaten houden met een dubbel electro-denstelsel van referentie- en meetelectroden, waarbij de 5 driehoeken van beide stelsels in spiegelbeeld ten opzichte van een horizontaal vlak tegenover elkaar opgesteld en met hun smalle zijden naar elkaar toegekeerd zijn. De interface van het bovenste tweevloeistoffenstelsel wordt gemeten door het bovenste electrodestelsel, en de onderste interface 10 van het onderste tweevloeistoffenstelsel door het onderste electrodestelsel./ - - 11 - such that the heavy oil is at the bottom, water above it and a light oil layer floats on the water, then the two "interfaces" can be monitored with a double electrode system of reference and measuring electrodes wherein the 5 triangles of both galaxies are opposed to a horizontal plane and with their narrow sides facing each other. The interface of the upper diphtheria system is measured by the top electrode array, and the bottom interface 10 of the bottom diphtheria array by the bottom electrode array.

Het zal echter duidelijk zijn, dat, afhankelijk van het s.g. der componenten bij een combinatie van drie vloeistoffen, ook die gevallen kunnen voorkomen, waarbij de beide 15 driehoeken opgesteld zijn elk met hun smalle zijde onderaan, of bovenaan, of met hun brede zijde spiegelbeeldig naar elkaar toegekeerd zijn.It will be clear, however, that depending on the s.g. of the components in a combination of three liquids, also those cases can occur, wherein the two triangles are arranged, each with their narrow side at the bottom, or at the top, or with their wide side facing each other in mirror image.

Dit systeem kan men onbeperkt uitbreiden tot elk willekeurig aantal interfaces, waarbij de stand van de driehoeken 20 tegenover elkaar, bepaald wordt door het s.g. van de vloeistoffen, die bij de interface bij elkaar komen, b. Vormgeving van de driehoek 1. DraaduitvoeringThis system can be extended indefinitely to any number of interfaces, the position of the triangles 20 opposite each other being determined by the s.g. of the liquids that come together at the interface, b. Design of the triangle 1. Wire version

De rechthoekige compensatie-electroden en de driehoekige 25 meetelectroden kunnen als paneel uitgevoerd worden, maar in een bijzonder eenvoudige vorm ook als ruimtelijke draad-figuur.The rectangular compensation electrodes and the triangular measuring electrodes can be designed as a panel, but in a particularly simple form also as a spatial wire figure.

De rechthoekige electrode is dan vervangen door een cilindrisch gewonden spiraal en de driehoekige electrode 30 door een conisch gewonden spiraal, of ook rechte spiraal, maar met dichtere windingen. Dit gaat met een enorm verlies aan capacitief oppervlak gepaard. Om dat verlies te compenseren, wordt de tegenelectrode zo dicht mogelijk bij de hoofdelectrode gebracht, zodat de d in de noemer van de 35 capaciteitsformule zo klein mogelijk wordt. Dit kan men op verschillende manieren uitvoeren, waarvan er hier drie genoemd worden : a) men plaatst een geaarde buis, waarvan het binnenoppervlak als tegenelectrode fungeert, om de beide electroden of 8304121The rectangular electrode is then replaced by a cylindrically wound spiral and the triangular electrode 30 by a conically wound spiral, or also a straight spiral, but with denser windings. This is accompanied by a huge loss of capacitive surface. To compensate for that loss, the counter electrode is brought as close as possible to the main electrode, so that the d in the denominator of the capacitance formula becomes as small as possible. This can be done in several ways, three of which are mentioned here: a) an earthed tube, the inner surface of which acts as a counter-electrode, is placed around the two electrodes or 8304121

* V* V

- 12 - om elke electrode afzonderlijk.- 12 - around each electrode individually.

2. Samenwerking met geaarde draad.2. Cooperation with grounded wire.

b) Men plaatst in elk dezer draadelectroden centraal een rechte, .geaarde draad; 2 c) Men plaatst in de ruimte tussen de windingen van de draad-electroden de windingen van de geaarde tegenelectrode, uitgevoerd als een soortgelijke draadfiguur. Daarmee krijgt men bijzonder kleine afmetingen tussen overeenkomstige draaddelen van de hoofd-electrode en de tegenelectrode en derhalve een uiterst kleine d.b) A straight, grounded wire is placed centrally in each of these wire electrodes; 2 c) In the space between the turns of the wire electrodes, the turns of the grounded counter-electrode, designed as a similar wire figure, are placed. This results in particularly small dimensions between corresponding wire parts of the main electrode and the counter electrode and therefore an extremely small d.

10 De uitvinding zal hieronder aan de hand van de in de figuren der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoerings-voorbeelden nader worden toegelicht.The invention will be explained in more detail below with reference to the illustrative embodiments shown in the figures in the accompanying drawings.

Figuur 1 toont een niveaumeter volgens de stand der techniek, voorzien van een electrode; 15 Figuur 2 geeft daarvan het electrische schakelschema;Figure 1 shows a level meter according to the prior art, provided with an electrode; Figure 2 shows the electrical circuit diagram thereof;

Figuur 3 geeft éen meetopstelling volgens de stand der techniek van het type van figuur 1, geplaatst in een metalen meetpijp;Figure 3 shows a prior art measuring arrangement of the type of Figure 1 placed in a metal measuring pipe;

Figuur 4 toont een tweede type niveaumeter, ook volgens 20 de stand der techniek, maar met een tweede electrode als referentie-electrode;Figure 4 shows a second type of level meter, also according to the prior art, but with a second electrode as reference electrode;

Figuur 5 geeft daarvan het electrische schakelschema;Figure 5 shows the electrical circuit diagram thereof;

Figuur 6 toont een derde type niveaumeter wederom volgens de stand der techniek, maar met een in deeltjes 25 verdeelde electrode;Figure 6 shows a third type of level meter again according to the prior art, but with an electrode divided into particles;

Figuur 7 toont een niveaumeter met compensatieelectrode;Figure 7 shows a level meter with compensation electrode;

Figuur 8 daarvan een opstelling in een meetpijp;Figure 8 thereof shows an arrangement in a measuring pipe;

Figuur 9 geeft het verband weer tussen de hoogte van de vloeistof en de gemeten capaciteit; 30 Figuur 10 toont een niveaumeter met compensatieelectrode volgens de uitvinding; -·Figure 9 shows the relationship between the height of the liquid and the measured capacity; Figure 10 shows a level meter with compensation electrode according to the invention; - ·

Figuur 11 geeft het verband weer tussen vloeistof-hoogte en de gemeten capaciteit, analoog aan fig.9;Figure 11 shows the relationship between liquid height and measured capacity, analogous to Figure 9;

Figuur 12 is soortgelijk aan figuur 11, maar laat de 35 werkelijk gevonden meetpunten zien;Figure 12 is similar to Figure 11, but shows the 35 measurement points actually found;

Figuur 13 toont een variant op de uitvoeringsvorm van figuur 10.Figure 13 shows a variant of the embodiment of Figure 10.

Figuur 14A, B toont een electrodenopstelling van een niveaumeter volgens de uitvinding bij een ''normaal" twee- 8304121 -φ « - 13 -Figure 14A, B shows an electrode arrangement of a level meter according to the invention at a '' normal 'two- 8304121 -φ «- 13 -

Vloeistoflagenstelsel;Liquid layer system;

Fig. 15A, B laat dezelfde electrodenopstelling van figuur 14 zien, toegepast bij een "omgekeerd" tweevloeistoflagenstelsel;Fig. 15A, B show the same electrode arrangement of Figure 14 used in an "inverted" two-fluid layer system;

Fig. 16A, B geeft hetzelfde weer als figuur 15, maar nu is ook 5 de electrodenopstelling omgekeerd;Fig. 16A, B shows the same as figure 15, but now the electrode arrangement is also reversed;

Figuren 17-20 tonen vier mogelijke electrodenopstellingen te gebruiken bij diverse drievloeistoflagenstelsels.Figures 17-20 show four possible electrode arrangements to be used with various trilayer layer systems.

Figuur 21 laat nogmaals een driehoekige meetelectrode zien, waarbij de invloed nagegaan wordt als de stand van de hypotenusa gewijzigd 10 ' wordt; enFigure 21 again shows a triangular measuring electrode, the influence of which is checked when the position of the hypotenuse is changed 10 '; and

Figuren 22-24 geven electrodenopstellingen weer, waarbij de electroden zijn uitgevoerd als draadfiguren.Figures 22-24 show electrode arrangements in which the electrodes are constructed as wire figures.

Fig. 1 is een niveaumeter weergegeven van het standaard type die geplaatst is in een vloeistofvat 2. De meter is d.m.v. een 15 centraal opgestelde, met electrode materiaal beklede cilindrische pen 3 of ander cilindrisch voorwerp in het cilindrische vat 2 gestoken. De wand 4 daarvan fungeert als tegenelectrode. Met de vloeistof 5 als diëlectricum.tussen de electroden 3, 4 wordt de bepaling van de vloei-* stofhoogte in het vat herleid tot een capaciteitsmeting, wanneer tussen 20 de cilinderplaatvormige electroden een wisselspanning vein spanningsbron 7 wordt aangesloten.Fig. 1 shows a level meter of the standard type which is placed in a liquid vessel 2. The meter is by means of a centrally arranged, electrode material-coated cylindrical pin 3 or other cylindrical object is inserted into the cylindrical vessel 2. The wall 4 thereof functions as a counter electrode. With the liquid 5 as dielectric between the electrodes 3, 4, the determination of the liquid height in the vessel is reduced to a capacity measurement when an alternating voltage 7 voltage source 7 is connected between the cylindrical plate-shaped electrodes.

De capaciteit van de aldus gevormde condensator is evenredig met de hoogte, waarover de meetelectrode 3 in de vloeistof 5 gestoken is. Het electrische schakelschema is in fig. 2 weergegeven. Het signaal 25 i. dat: .uit decvloeistofmeting wordt verkregen kan rechtstreeks omgezet worden in een hoogte-aflezing, uitgedrukt in cm of m al naargelang.The capacitance of the capacitor thus formed is proportional to the height at which the measuring electrode 3 is inserted into the liquid 5. The electrical circuit diagram is shown in Fig. 2. The signal 25 i. that:. is obtained from the liquid measurement can be directly converted into a height reading, expressed in cm or m as appropriate.

Aangezien de straAl R in de noemer van de capaciteitsformule voorkomt, is de capaciteit van de gevormde condensator gering en daarmede ook de gevoeligheid.Since the radAl R occurs in the denominator of the capacitance formula, the capacitance of the capacitor formed is small and hence the sensitivity.

30 Door de meetelectrode in een pijp of buis te plaatsen kan aan dit bezwaar worden tegemoet gekomen. In fig. 3 staat de meetelectrode 3 centraal opgesteld binnen een meetpijp 8, die als tegenelectrode fungeert in plaats van de vatwand 2. Inhomogeniteiten in de vloeistof kunnen door deze meter niet gemeten worden. Ook de gemeten hoogte komt niet geheel 35 overeen met de werkelijke hoogte. Men kan hiervoor een vaste correctie aanbrengen, zodat men toch direct de juiste waarde afleest.This objection can be overcome by placing the measuring electrode in a pipe or tube. In Fig. 3, the measuring electrode 3 is centrally arranged within a measuring pipe 8, which functions as a counter electrode instead of the vessel wall 2. Inhomogeneities in the liquid cannot be measured by this meter. The measured height also does not entirely correspond to the actual height. You can make a fixed correction for this, so that you can immediately read the correct value.

In figuren 4 en 5 wordt een tweede type bekende capacitiéve niveaumeter getoond, waarbij een referentie-electrode 11 toegepast wordt.Figures 4 and 5 show a second type of known capacitive level meter, in which a reference electrode 11 is used.

Oeze referentie-eleclfode maakt het mogeUjk de ihvLoed',.die Veranderingen in dé 8304121 * - 14- diêlectrische constante van de vloeistof op de meting kunnen hebben te elimineren binnen bepaalde grenzen en mits de vloeistof homogeen is.This reference electrode makes it possible to eliminate the effect that changes in the fluid constant of the fluid on the measurement may have within certain limits and provided the fluid is homogeneous.

Is de vloeistof niet homogeen van samenstelling dan kunnen grotere afwijkingen ontstaan met de referentieelectrode dan met een gewo-5 ne standaard meting.If the liquid is not homogeneous in composition, larger deviations can occur with the reference electrode than with a conventional standard measurement.

Zoals fig. 4 aangeeft is de meet-electrode 3 aan de onderzijde voorzien van een referentie-electrode 11. Het geheel wordt in een stalen meet- pijp 8 geplaatst. Bij geheel bedekt zijn van de referentie-electrode zal het af gegeven signaal hiervan alleen veranderen door wijziging van de 10 diëlectrische constante P van de te meten vloeistof.As shown in Fig. 4, the measuring electrode 3 is provided at the bottom with a reference electrode 11. The whole is placed in a steel measuring pipe 8. When the reference electrode is completely covered, its output signal will only change by changing the dielectric constant P of the liquid to be measured.

u rxu rx

Het meetsignaal van de referentie-electrode gaat naar versterker 17 (fig.5) via oscillator 14. Het meetsignaal van de meet-electrode gaat naar versterker 16 via oscillator 13.The measuring signal from the reference electrode goes to amplifier 17 (fig. 5) via oscillator 14. The measuring signal from the measuring electrode goes to amplifier 16 via oscillator 13.

Beide signalen worden naar een versterker 18 gevoerd, die de deling zoda-15 nig uitvoert dat alleen de niveauhoogte wordt weergegeven.Both signals are fed to an amplifier 18 which performs the division such that only the level height is displayed.

Verandert nu de diëlectrische constante van de vloeistof dan zal dit geen effect op de uitlezing hebben.If the dielectric constant of the liquid changes, this will have no effect on the reading.

Bovenstaande gaat alleen op indien de diëlectrische constante over het gehele meetgebied verandert. Ook mag de diëlectrische constante veran-20 dering niet groter zijn dan - 10% van de oorspronkelijke waarde. Bij . grotere veranderingen kan de versterker dit niet voldoende verwerken en zullen afwijkingen optreden.The above only applies if the dielectric constant changes over the entire measuring range. Also, the dielectric constant change should not exceed - 10% of the original value. Bee . the amplifier will not be able to process this sufficiently and deviations will occur.

De nadelen van het referentie meetsysteem zijn dat niet alle effecten die de meting kunnen Verstoren verholpen worden, zoals o.a. het feit, dat 25 de diëlectrische constante daardoor onderin het vat - dus bij de referentie-electrode - aanzienlijk groter kan zijn dan bij de meet-electrode. Indien de referentie-electrode enige vervuiling heeft, kan dit doorwerken op het referentie-signaal. Doordat de referentie-electrode onderin het vat is geplaatst is de kans op vervuiling hier het grootst.The drawbacks of the reference measuring system are that not all effects that can interfere with the measurement are remedied, such as, inter alia, the fact that the dielectric constant at the bottom of the vessel - that is to say at the reference electrode - can be considerably larger than at the measuring electrode. electrode. If the reference electrode has some contamination, this can affect the reference signal. Because the reference electrode is placed at the bottom of the vessel, the chance of contamination is greatest here.

30 De meting kan pas goed functioneren indien de referentie-electrode geheel bedekt is met vloeistof. Bet onderste gedeelte in het vat kan dus niet gemeten worden.The measurement can only function properly if the reference electrode is completely covered with liquid. The bottom part in the vessel can therefore not be measured.

Zoals uit bovenstaande opmerkingen blijkt is de referentie-meting niet altijd betrouwbaar en slechts zeer beperkt bruikbaar.As can be seen from the comments above, the reference measurement is not always reliable and can only be used to a very limited extent.

35 In figuur 6 wordt een derde type bekende capacitieve niveaume- ter getoond, waarbij naast de meetelecbrode een gedeelde referentie-electrode 21 aanwezig is. Door: de verdeling van de referentie-electrode 21 in vele kleine deelelectroden 21a, kunnen r.inhomogeniteiten in het diëlectricum nauwkeuriger worden vastgesteld, zodat een dergelijke in-40 richting voor het localiseren van het tussenvlak of grensvlak 22 r 8304121 - 15- « tussen twee vloeistoffen 23 en 24 en het grensvlak 26 tussen de vloeistof 24 en de gaskap 27 geschikt is,Figure 6 shows a third type of known capacitive level meter, in which a shared reference electrode 21 is present next to the measuring electrode. By dividing the reference electrode 21 into many small partial electrodes 21a, inhomogeneities in the dielectric can be more accurately determined, so that such a direction for locating the interface or interface 22r 8304121-15 between two liquids 23 and 24 and the interface 26 between the liquid 24 and the gas cap 27 is suitable,

De nadelen van het al eerder besproken referentiemeetsysteem kunnen worden verholpen met een automatisch campensatie-systeem, Fig. 7-9.The disadvantages of the reference measuring system discussed earlier can be overcome with an automatic camping system, Fig. 7-9.

5 Bij het compensatie-systeem wordt op elk niveau van de meet-electrode 3 een tegenkoppeling gegeven die afkomstig is van een compensatie-electro-de 31. De ccmpensatie-electrode 31 is geplaatst naast de meet-electrode 3 en op dezelfde dragerstaaf 32 aangebracht.In the compensation system, at every level of the measuring electrode 3, a negative feedback is provided which comes from a compensation electrode 31. The compensation electrode 31 is placed next to the measuring electrode 3 and is placed on the same carrier rod 32 .

Beide electroden hebben dezelfde lengte. De bijbehorende electronica 10 kan vergeleken worden met de electronica van het referentie-systeem (fig.5), maar heeft meer mogelijkheden, zoals later besproken zal worden.Both electrodes have the same length. The associated electronics 10 can be compared with the electronics of the reference system (fig. 5), but has more possibilities, as will be discussed later.

De ccmpensatie-electrode 31 is in principe een recht gedimensioneerd element, aangebracht op een kunststof ondergrond 32 (fig.7).The compensation electrode 31 is in principle a straight dimensioned element, mounted on a plastic substrate 32 (fig. 7).

De electrode is geplaatst in een bijv. vierkante meetpijp 8 die één 15 plaat van de condensator vormt.The electrode is placed in an eg square measuring pipe 8 which forms one plate of the capacitor.

De ccmpensatie-electrode 31 meet t.o.v. de meetpijp 8.The compensation electrode 31 measures relative to the measuring pipe 8.

Het door de compensatie-electrode 31 af gegeven signaal is weergegeven in fig. 9. Het zelfde geldt voor de meet-electrode zelf, zodat bij deling van de signalen het quotiënt een "constante" is en het 20 systeem als zodanig ongeschikt is voor automatische compensatie.The signal delivered by the compensation electrode 31 is shown in Fig. 9. The same applies to the measuring electrode itself, so that when the signals are divided the quotient is a "constant" and the system as such is unsuitable for automatic compensation.

In fig. 10 is een meetsysteem volgens de uitvinding weergegeven.Fig. 10 shows a measuring system according to the invention.

De meet-electrode 33 is in principe naast de compensatie-electrode 31 aangebracht en meet rechtevenredig t.o.v. de (niet-weergegeven) meetpijp 8.The measuring electrode 33 is in principle arranged next to the compensation electrode 31 and measures directly proportional to the measuring pipe 8 (not shown).

Het feit dat het meetelectrode-oppervlak gedeeld wordt door de oppervlak-25 te van de ccmpensatie-electrode 31 verklaart waarom de meet-electrode 33 naar boven toe lineair aan oppervlakte moet toenemen wil er een meet-signaal uitkomen dat rechtevenredig is met de vloeistofhoogte.The fact that the measuring electrode surface is divided by the surface of the compensation electrode 31 explains why the measuring electrode 33 must increase linearly upwards in order for a measuring signal to be output that is directly proportional to the liquid height.

Zoals gemakkelijk is in te zien, geldt in het systeem van fig. 10 de betrekking 30 c = -As can be easily seen, in the system of Fig. 10 the relationship 30 c = -

BB

waarin A en B de deeloppervlakken zijn van de meetelectrode 33, resp. de compensatie-electrode 31.wherein A and B are the partial areas of the measuring electrode 33, respectively. the compensation electrode 31.

Uitwerking van de formule geeft: 0 . A* 35 c --- - lh X.Elaboration of the formula gives: 0. A * 35 c --- - lh X.

0 · B'i o , a' C„ = - 2X.0 · B'i o, a 'C „= - 2X.

o · B'2 0 A* 40 ^ _ * 3 _ enzovoort.o · B'2 0 A * 40 ^ _ * 3 _ and so on.

3 0. B* S3 ü 4 1 f 1 4 __ _3 0. B * S3 ü 4 1 f 1 4 __ _

* V* V

- 16 - X is de capaciteit overeenkomend met de vloeistofhoogte.- 16 - X is the capacity corresponding to the liquid height.

Uit de voorgaande formule blijkt dat het uitgangssignaal van de verschilversterker rechtevenredig is met de vloei-stofhoogte, onafhankelijk van het.verloop van de diëlectrische 5 constanten van de vloeistof en de gaskap.From the foregoing formula, it appears that the output signal of the differential amplifier is directly proportional to the liquid height, independent of the course of the dielectric constants of the liquid and the gas cap.

Beide signalen M en R kunnen in ëën figuur worden weergegeven , inclusief het gecompenseerde uitgangssignaal U (fig.11).Both signals M and R can be shown in one figure, including the compensated output signal U (fig. 11).

De nadelen die aan beide voorgaande meetsystemen kleven, 10 worden met het compensatie-systeem verholpen.The disadvantages associated with both previous measuring systems are remedied with the compensation system.

Een zuiver capaciteif meetsignaal wordt met het compensatiesysteem verkregen dat niet afwijkt van de werkelijke vloeistofhoogte.A pure capacitive measuring signal is obtained with the compensation system that does not deviate from the actual liquid height.

Figuur 12 is identiek aan fig.11, maar op wat grotere 15 schaal waarin de gevonden meetpunten exact weergegeven zijn.Figure 12 is identical to Figure 11, but on a somewhat larger scale in which the measured points found are shown exactly.

In fig.13 is een tweede uitvoeringsvorm van het meetsysteem volgens de uitvinding met compensatie-electrode weergegeven. In deze uitvoeringsvorm heeft de compensatie-electrode 36 de vorm van een driehoek, terwijl bij de meet-20 electrode 38 ëën der zijden gevormd wordt door een , parabool 39.Fig. 13 shows a second embodiment of the measuring system according to the invention with a compensation electrode. In this embodiment, the compensation electrode 36 has the shape of a triangle, while at the measuring electrode 38 one of the sides is formed by a parabola 39.

In fig.l4A, B is een electrodencpstelling bestaande uit een rechthoekige compensatieelectrode 41 en een driehoekige meetelectrode 42 weergegeven. Deze opstelling is gelijk aan 25 die van fig. 10. De electroden zijn geplaatst in een "normaal" tweevloeistoflagenstelsel, bijvoorbeeld van olie en water, van welk stelsel de interface-lijn als stippellijn 43 weergegeven is. In fig.l4A wordt verondersteld, dat het (niet-weergegeven) vat bijna geheel gevuld is met olie. De 30 interface-lijn 43 bevindt zich daardoor bijna onderaan. De verhouding van de met water bevochtigde oppervlakken van de beide electroden 41, 42, dus het quotiënt Q of de verhouding 02/Oj bedraagt - zoals men gemakkelijk kan narekenen - 1|.14A, B show an electrode arrangement consisting of a rectangular compensation electrode 41 and a triangular measuring electrode 42. This arrangement is similar to that of Fig. 10. The electrodes are placed in a "normal" two-fluid layer system, for example of oil and water, of which the interface line is shown as dotted line 43. In Fig. 14A it is assumed that the vessel (not shown) is almost completely filled with oil. The interface line 43 is therefore almost at the bottom. The ratio of the water-wetted surfaces of the two electrodes 41, 42, i.e. the quotient Q or the ratio O2 / Oj is - as one can easily calculate - 1 |

In fig,14B wordt verondersteld, dat het vat (bijna) vol is 35 met water. De interface 43 ligt dus (bijna) bovenaan en de verhouding der oppervlakken bedraagt 5£. In het uiterste geval moet er dus een regelbereik zijn tussen de minimumwaarde van het quotiënt (I) en de maximumwaarde (6).In fig. 14B it is assumed that the vessel is (almost) full of water. The interface 43 is therefore (almost) at the top and the ratio of the surfaces is 5 P In the most extreme case, there must therefore be a control range between the minimum value of the quotient (I) and the maximum value (6).

In fig.l5A, B zijn de electroden 41, 42 geplaatst in 8304121 - 17 - een "omgekeerd" tweevloeistoflagenstelsel, d.i. een stelsel, waarbij de nuttige component (olie) zich niet boven de onnutte component (water)bevindt, maar eronder.In Fig. 15A, B, the electrodes 41, 42 are placed in 8304121-17 - an "inverted" two-fluid layer system, i.e., a system in which the useful component (oil) is not above the useless component (water), but below it.

In fig.l5A wordt verondersteld dat het vat (bijna) geheel 5 gevuld is met ECH en dus is de stippellijn van de interface 44 bovenaan getekend. Die positie komt overeen, met een oppervlakteverhouding van met water bevochtigde oppervlakken van 10$. In fig.l5B wordt verondersteld dat het vat bijna geheel gevuld is met water. De interface 44 bevindt zich 10 (bijna) onderaan en levert een Q*6| op. In dit geval zal met toenemende hoeveelheid water in het vat het quotient Q dalen - in het extreme geval van 11 naar 6 . Dit is onlogisch.In fig. 15A it is assumed that the vessel (almost) is completely filled with ECH and thus the dotted line of the interface 44 is drawn at the top. That position corresponds to a surface ratio of water-wetted surfaces of $ 10. In fig. 15B it is assumed that the vessel is almost completely filled with water. The interface 44 is located (almost) at the bottom and provides a Q * 6 | on. In this case, with increasing amount of water in the vessel, the quotient Q will drop - in the extreme case from 11 to 6. This makes no sense.

Vandaar dat in fig.löA, B de driehoekige electrode 46 ook omgekeerd is. In fig.l6A bedraagt nu de waarde van Q 1$ 15 als er weinig water in het vat zit en 5$ als er veel water in het vat zit. Daarmede werkt de meter van het "omgekeerde" vloeistofstelsel, op dezelfde wijze als in fig.14 voor het "normale" vloeistofstelsel> nl. van 1 tot 6.Hence in Fig. 10A, B the triangular electrode 46 is also inverted. In Fig. 16A, the value of Q is now $ 15 if there is little water in the vessel and $ 5 if there is much water in the vessel. Thus, the "reverse" fluid system gauge operates in the same manner as in FIG. 14 for the "normal" fluid system> 1 to 6.

In fig. 17 t/m 20 zijn electrodenops tellingen 51, 52 20 weergegeven, die kunnen worden toegepast, als zich in een vat, tank of reservoir een drievloeistoflagenstelsel bevindt met twee interfaces 53, 54.Figures 17 to 20 show electrode assemblies 51, 52, which can be used when a three-fluid layer system with two interfaces 53, 54 is present in a vessel, tank or reservoir.

In fig.17 is het geval weergegeven, dat het bovenste tweevloeistoffenstelsel (olie-water) een "normaal" stelsel 25 is, zodat de driehoek 56 van de meetelectrode zijn smalle zijde 57 onderaan heeft. Het onderste tweevloeistoffenstelsel (water-ECH) is echter een "omgekeerd" stelsel en derhalve is ook de driehoekige electrode 58 omgekeerd en wijst de smalle zijde 59 ervan naar boven. Men kan ook zeggen, dat de beide 30 electrodeopstellingen om de symmetrieas 60 gespiegeld zijn.In Fig. 17, the case is shown that the upper two-fluid system (oil-water) is a "normal" system 25, so that the triangle 56 of the measuring electrode has its narrow side 57 at the bottom. However, the lower two-fluid system (water-ECH) is an "inverted" system, and therefore the triangular electrode 58 is also inverted and its narrow side 59 points upward. It can also be said that the two electrode arrangements are mirrored about the axis of symmetry 60.

In fig. 18 zijn de twee electrodenops tellingen 61, 62 ook ten opzichte van elkaar gespiegeld, maar nu bevindt de normale electrodenopstelling 62 zich beneden en de "omgekeerde" opstelling 61 boven.In Fig. 18, the two electrode arrangements 61, 62 are also mirrored with respect to each other, but now the normal electrode arrangement 62 is at the bottom and the "inverted" arrangement 61 at the top.

35 In fig.19 en 20 zijn nog twee andere electrode pstellingen 71, 72; 81, 82 weergegeven, waarbij in fig.19 sprake is van twee normale tweevloeistoffenstelsels boven elkaar, en in fig.20 van twee "omgekeerde" tweevloeistoffenstelsels boven elkaar.In Figures 19 and 20, two further electrode positions 71, 72; 81, 82, where in Figure 19 two normal two-fluid systems are superposed, and in Figure 20 two "inverted" two-fluid systems are superimposed.

*· ____ 8304121* ____ 8304121

VV

* \ - 18 -* \ - 18 -

De in de voorafgaande figuren getekende driehoekige electrode 91 is steeds weergegeven als een gelijkbenige rechthoekige driehoek, dus waarbij de hypotenusa 92 van de driehoek een hoek o(*45° maakt met de vertikaal. In dat 5 geval varieert het quotient Q, afhankelijk van de hoogte van de interface tussen 1 en 6. Deze waarden en de tussenwaarden zijn langs de hypotenusa 92 afgezet. Aan de bovenzijde zijn getalwaarden aangegeven voor het bereikbare maximum, wanneer de hoek gewijzigd wordt en dus de helling van de hypotenusa. 10 Geeft men aan de hypotenusa een hoek resp.o<2 dan is de waarde van het maximum 2 resp. 9.The triangular electrode 91 shown in the previous figures is always shown as an isosceles rectangular triangle, i.e. where the hypotenuse 92 of the triangle makes an angle o (* 45 ° with the vertical. In that case, the quotient Q varies, depending on the height of the interface between 1 and 6. These values and the intermediate values are plotted along the hypotenuse 92. At the top are numerical values indicated for the attainable maximum, when the angle is changed and thus the slope of the hypotenuse. hypotenuse an angle resp. o <2 then the value of the maximum is 2 resp. 9.

Fig.22 t/m 24 tonen de electroden niet als panelen, maar als draadfiguur 101, 102. Het overwicht aan oppervlak, dat de meet-electrode 102 moet hebben ten opzichte van de 15 compensatie^lectrode 101, wordt gevonden in een veel hogere wikkeldichtheid (102 in fig.22)of een kegelvormige wikkeling (103 in fig.23). Door het verlies aan oppervlak is ook de capaciteit veel kleiner. Dit wordt gecompenseerd door de afstand d te verkleinen. In fig.22 is daarom om beide 20 electroden 101, 102 een buis 104 geplaatst, die aan de binnenwand 106 van electrodenbeslag voorzien is, dat geaard (107) is.Figures 22 to 24 show the electrodes not as panels, but as wire figure 101, 102. The surface area, which the measuring electrode 102 must have relative to the compensation electrode 101, is found in a much higher winding density (102 in fig. 22) or a conical winding (103 in fig. 23). Due to the loss of surface, the capacity is also much smaller. This is compensated for by decreasing the distance d. In FIG. 22, therefore, a tube 104 is provided around both electrodes 101, 102, which tube is provided on the inner wall 106 with electrode batter, which is grounded (107).

In fig.23 is in plaats van een geaarde buis een geaarde draad 108, 109 toegepast, die binnen de windingen van de 25 electroden 101, 103 centraal is opgesteld.In Fig. 23, instead of a grounded tube, a grounded wire 108, 109 is used, which is arranged centrally within the windings of the electrodes 101, 103.

In fig.24 is de geaarde draad zelf ook gewikkeld 111, 112 en met zijn windingen geplaatst in de ruimten tussen de windingen van de electroden 101, 103fi waardoor een extreem kleine d verkregen kan worden.In Fig. 24, the grounded wire itself is also wound 111, 112 and with its turns placed in the spaces between the turns of the electrodes 101, 103fi, whereby an extremely small d can be obtained.

83041218304121

Claims

Level meter according to claim 1, characterized in that the compensation electrode has the shape of a rectangle and the measuring electrode, that of a rectangular triangle.

Level meter according to claim 1, characterized in that the compensation electrode has the shape of a right triangle and the measuring electrode that of a parabola.

Level meter according to claim 3, characterized in that the mathematical relationship, which is determined by the shape of the compensation electrode, resp. the measuring electrode is expressed, for each of the electrodes there are also higher orders with an order difference of one between the two electrodes.

Level meter according to claim 1, characterized in that the shape of the compensation and measuring electrode is such that the result of the division of the two capacities (C and C) indicates a relationship Ή A of the second order.

Level meter according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring and compensation electrode (33, 39 and 31) are arranged on either side of the same insulating support (32).

Level meter according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal conditioning instrument is controllable for 50 to 75% and that above that value a switch to a higher measuring range takes place, while each switch is made by lighting up a signal lamp or other indication means. is indicated.

Capacitive level meter according to claim 7, characterized in that in the circuit to which the immersion electrodes are connected 8304121 * - 20 - the amplifiers are only partially controllable up to a certain threshold, and a function switch is included, which is exceeded of that particular threshold is ratified,. and raises the measuring range to a higher level with each actuation, 5 and lights up an LED.

Level meter according to claim 7 or 8, characterized in that the compensation amplifier switches proportionally with the measuring amplifier to a higher measuring range, such that the ratio between the two capacities remains the same before and after the switchover.

Level meter according to any one of the preceding claims, characterized in that for measuring the "interface" between an underlying heavier liquid and an overlying useful liquid, the triangle electrode is placed in the liquid with the narrow side down.

Level meter according to any one of claims 1 to 9, characterized in that, for measuring the "interface" between an underlying useful liquid and a superfluous liquid above it, the triangle electrode is placed in the liquid with the narrow side up.

Capacitive level meter according to claim 10 or 11, characterized in that in addition to the arrangement of a compensation electrode and measuring electrode, a second similar electrode arrangement is mirrored about a horizontal plane, the upper arrangement measuring a first interface and the bottom arrangement measures a second interface.

Capacitive level meter according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation and / or the measuring electrodes are designed as spatial wire figures with the earthed counter-electrode at a short distance therefrom.

Capacitive level meter according to claim 13, characterized in that the counter-electrode is designed as a tube, which is arranged around both electrodes or which is arranged around each electrode separately.

15. Capacitive level meter according to claim 13, characterized in that the counter-electrode is constructed as a straight wire centrally disposed within the wire figures.

Capacitive level meter according to claim 13, characterized in that the counter-electrode, like the main electrode (measuring and / or reference electrode), is designed as a spatial 8304121-21 wire figure.

Capacitive level meter according to claim 16, characterized in that the main electrode and the associated counter electrode are spirally wound, the turns of the counter electrode 5 being between the turns of the associated main electrode. 8304121